宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千(qiān)个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hě早鸟票什么意思 早鸟票是最便宜的吗n)可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是早鸟票什么意思 早鸟票是最便宜的吗上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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